Сероводородът в Черно море – Един природен феномен

28 ян. Сероводородът в Черно море – Един природен феномен

К.г.м.н. Александър Стоянов
Цял век ни дели от времето, когато за пръв път в черноморските води е открит сероводород. Този газ се съдържа и в отделни участъци на Арабско море, в някои норвежки фиорди, във падината Карнко на шелфа на Карибско море и др. Но Черно море е единственият голям басейн в света, в който сероводородът се съдържа в огромни количества. Тук рязко се разграничават две зони. Едната — аеробната (воден слой, съдържащ разтворен кислород), и другата — анаеробна (воден слой, съдържащ сероводород). На аеробната зона се падат около 13% от целия обем на морето и тя всъщност е зона на живота. Останалата част (87%) се пада на анаеробната зона (на дълбочина по-голяма от 200 м), където живеят единствено анаеробни бактерии. Тези особености дават основание да приемем Черно море като един природен феномен.

Как всъщност се е образувал този феномен? Дългогодишните изследвания (геологични, химични, физични и биологични) засега дават, общо взето, ясен отговор и все пак — за да се отговори на въпроса, трябва да се започне от геологичната история на Черно море.

Scheme-еВъз основа на геологични и геохимични изследвания, академик Н.М.Страхов достига до извода, че още в края на четвъртичния период Черно море е било в граници, близки до съвременните. В началото на този период (преди 600 хил. до 1 млн. години) морето е било един засолен басейн. В средата на периода чрез отваряне на връзката с Босфора то се свързва със Средиземно море и водите му придобиват по-висока от съвременната соленост. По-късно тази връзка се затваря и се образува басейн, несъдържащ сероводород. По време този процес съответства на следледниковия период.

Следващият (съвременен) етап в геологическата история на Черно море започва според акад. Страхов преди 5 000 години и се характеризира с възстановяване на връзката през Босфора. По-солените води на Мраморно море продължават да увеличават солеността на басейна, постъпвайки в дълбочина. Успоредно с това пресните води на речния отток заемат повърхността. Постепенно поради различната плътност се създава разслоение и вертикалната циркулация на водните маси не достига до дъното. По този начин постъпването на богати на разтворен кислород повърхностни води в дълбочина се прекратява. Така създадените нови геологични и хидрологични условия довеждат и до сериозни микробиологични изменения.

С течение на времето бактериите се превръщат от аеробни в анаеробни, нагаждайки се към новите условия на живот. Развиват се сулфатредуциращи бактерии, използуващи като енергетичен източник за жизнената си дейност кислорода на сулфатите. По този начин в резултат на сулфатредукцията се получава и сероводородът.

По въпроса за произхода на сероводорода има доста теории и схеми. Най-общо те се свеждат до две основни твърдения: Първото от тях принадлежи на Н.И. Андрусов (1890 г.), според когото сероводородът се получава вследствие на гниенето на сяросъдържащи органични сведения. Втората теория е тази на А.А. Лебединцев (1894 г.). Според тази теория сероводородът е продукт на редукцията на сулфатите в процеса на разлагане на органичното вещество. Понататъшните изследвания показват, че предпочитание трябва да се даде на втората теория. Така например през 1926 г. Б.Л. Исаченко открива сулфатредуциращи бактерии в дънните тини, а в 1949 г. Л.К. Асницкая установява, че те се съдържат и са най-активни във водния слой 1 50—300 м.

На въпроса, какво е количеството сероводород, получаващо се вследствие на сулфатредукцията, отговаря през 1959 г. съветският учен В.Г. Дацко. Той пресмята, че в басейна на морето се произвежда 2,0.10/6т сероводород годишно, както и това, че за достигане на съвременната концентрация на сероводорода на дълбочина под 1000 м (средно около 5,5 мл/л) са били необходими 1000 години. Твърде интересни са изследванията на Дюзер (1971) върху количеството сероводород, произвеждано при сулфатредукцията в дънните наслаги. Той установява, че от 1 м2 на морското дъно (на дълбочина над 200 м) се получава 12 г сероводород годишно или от цялата площ на дъното на морето — около 3,6.10/6 т годишно. Тези данни са близки до Дацко.

От направения преглед на изследванията за произхода на сероводорода се вижда, че всъщност Черно море е една гигантска природна лаборатория, произвеждаща този газ в огромни количества. И точно това е феноменалното.

Възниква обаче основателно въпросът: как при такива огромни количества сероводород все пак в Черно море съществува и кислородна зона?

Работата се състои в това, че като природна система самото море се стреми към равновесие. Успоредно с образуването на сероводорода протича и процесът на неговото окисляване. И по този въпрос изследванията продължават повече от 50 години.

Още през 1932 г. известният съветски учен Н.М. Книпович достига до извода, че сероводородът се окислява по химически път, без да отрича участието на бактерии в процеса. През 1953 г. обаче твърде авторитетни изследователи като С.В. Бруевич и Б.А. Скопинцев лансират идеята, че окислението на сероводорода е чисто химичен процес. Значителна крачка напред в изясняването на въпроса са изследванията на съветския микробиолог проф. Ю.И. Сорокин. Той установява, че в Черно море съществуват и тионови бактерии. Оттам — в противовес на химиците е твърдението му, че окисляването на сероводорода е биологичен процес. По-късните изследвания на същия учен показват, че окисляването на сероводорода протича в два етапа: първият етап е окисляване на сероводорода от тиосулфатите до сулфати под въздействие на тионовите бактерии. Според Сорокин в слоя на съвместното съществуване на кислорода и сероводорода (от 120 до 200 м) скоростта на окисление на сероводорода е твърде висока и достига до 500 кг сероводород на 1 м2 в денонощие (180 г/м2 годишно).

Тази висока скорост на окисляване на сероводорода Ю.И. Сорокин обяснява с процеса на хемосинтеза. Това е процес на синтез на органично вещество, който се осъществява при окисляването от страна на тионовите бактерии на междинни продукти от химическото окисляване на сероводорода. Според Сорокин по този начин се образува от 4 до 8 мг/м3 органичен въглерод в денонощие. В крайна сметка е изчислено, че за да протича хемосинтезът, е необходимо 200 г сероводород на 1 м2 годишно. Или ако се приеме, че във водите на Черно море се образува 25 г/м2 сероводород, то при окисляването му хемосинтетичната продукция възлиза на 8 г/м2 органичен въглерод.

Всичко посочено дотук действително характеризира Черно море като природен феномен. Успоредно с това обаче трябва да се изяснят и специфичните проблеми на този феномен. Те се свеждат преди всичко до увеличаващото се антропогенно въздействие върху екосистемата на морето, което се изразява в нарастващото замърсяване на речния отток (преди всичко р. Дунав), замърсяването от брегови източници (големи градове, курорти) и от водния транспорт. Учените от черноморските страни са единодушни, че през последните години евтрофикацията на Черно море силно нарасна. Това всъщност е процес, увеличаващ количеството на продуцираното в самия басейн органично вещество.

Показател на този процес са зачестилите „цъфтежи“ на фито-планктона. Те се дължат на бързото му размножаване през пролетно-летния и лятно-есенния сезон вследствие на повишеното съдържание на биогенни елементи в морските води (фосфати и нитрати). Тези биогенни елементи се внасят в морето преду всичко от речния оток, главно на река Дунав, която преминава през територията на 7 развити в аграрно отношение държави.

През дъждовните периоди почвата се промива и част от минералните торове (естествено в разтворена форма)попада в реката, а оттам — в морето. Географското положение на нашата страна е такова, че вследствие на теченията в южна посока влиянието на Дунав е осезателно. Затова цъфтежите на фито-планктона са по-чести по нашето крайбрежие. По този въпрос е писано доста, но смятаме, че няма да бъде излишно да припомним някои основни моменти.

През лятото морето се посещава от хиляди наши и чуждестранни туристи. В отделни години сигурно им е правило впечатление, че понякога водата край плажовете и брега придобива червенокафяв цвят. Това е именно въпросният цъфтеж на фитопланктона. След излизане от морето у човека остава впечатлението, че се е къпал в замърсена с нефтопродукти вода.

Впечатлението обаче е погрешно. По време на цъфтеж във водата действително се отделят висши мастни киселини, които обаче не са опасни за човешкия организъм, фактът, че именно те са съставка и на плажните кремове красноречиво говори за това.

Сигурно ще изникне въпросът, защо се спираме по-подробно на този процес? Отговорът е — защото именно този „цъфтящ“ планктон, изчислен върху цялата акватория на морето, е едно огромно количество. При измирането му част от него се разлага, но друга немалка част при седиментацията попада на морското дъно. Там тя се разлага и при сулфат редукцията е източник на сероводород, който отново преминава във водата.

Според съветската изследователка А.Ю. Лейн около 70% от продуцирания на дъното на шелфа сероводород преминава в придънния воден слой. Там той действително се окислява, тъй като съдържанието на кислорода е високо. При сгооннонагонните явления на неголемите дълбочини на шелфа (до 100 — 120 м ) водата добре се аерира. Цяло щастие е обаче, че нашият шелф е равнинен. В противен случай, подобно на Балтийско море, в отделни по-дълбоки впадини и при нас сероводородът ще се задържа и на шелфа.

С това съвсем не искаме да кажем, че има място за успокоение. Напротив — проведената през лятото на 1985 год. руско-българска експедиция с подводен апарат „Аргус“ констатира, че на дъното на шелфа се намират големи количества отпадъци като бутилки (стъклени и пластмасови), консервни кутии и др. Нима това не е антропогенно въздействие?

В заключение трябва да се изтъкне, че природният феномен Черно море изисква специално внимание. Както бе посочено вече, вследствие значителния речен отток, от една страна, и ограничения водообмен през Босфора, от друга, опасността от антропогенно въздействие е многократно по-висока в сравнение с открития океан. Доколкото проблемът е международен, пред учените от черноморските страни стои неотменната задача да бъде разработена в кратък срок програма за охрана на морската среда.

Източник: Алманах ФАР87



Прочетена 20370 пъти
Няма коментари

Коментирай